JPH02236485A - 放射線検出器用波高検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｘ線分析等に使用される放射線検出器に関し
、特に放射線検出器の出力信号の波高を検出する検出回
路に関するものである。

［従来技術コ 放射線計ｎ１においては、放射線検出器に入射する放射
線のエネルギーを直流パルス状の電気信号に変換した後
、その波高を測定する方法で個々の放射線のエネルギー
が計〕１される。現在では、その波高は、Ａ−Ｄ変換器
でデジタル信号に変換されて取扱われるが、この放射線
計測の分野では、計測しようとする放射線のスペクトル
分布を求めることが主な目的であるため、Ａ−Ｄ変換の
際、例えば１０２４レベルから４０９６レベル程度）で
正確に量子化すると同時に、微分非直線性を０．５％以
下に抑えることも必要であるという特殊な条件が要求さ
れる。

従来、この目的のために使用されている波高検出回路は
、Ｗ１　１ｋｉｎｓｏｎ型Ａ−Ｄ変換器を使用するもの
で、放射線検出器からの出力信号を近似ガウスフィルタ
などの波形整形回路により整形して得た第６図（ａ）に
おいてＳで示すようなガウス波形信号のピーク電圧をコ
ンデンサにホールドしたのち、その蓄積された電荷を定
電流回路を利用して直線的に放電させ、その放電が終了
するまでの所要時間ｔを、第６図（ｂ）に示すようにク
ロツクパルスを計数して測定するものである。

第６図において、ＴＰは放射線が到来した時間原点Ｏか
ら検出信号がピークを示すまでの所要時間、ＴＴはピー
クの後十分減衰するまでの所要時間である。

この方式は、一定周期のクロツクパルスを計数して行う
時間計測の微分非直線性が良いことを利用するもので、
主に微分非直線性の向上を図ることを目的として採用さ
れている。

［発明が解決しようとする課題コ ところが、この方式には、Ａ−Ｄ変換にかなりの時間が
かかるという欠点がある。現在一般に採用されている装
置構成で、クロツク周波数が５０メガヘルツの場合、１
０２４レベルを計数するのに、第６図（ｂ）に示すよう
に約２０μ秒必要である。第６図（ａ）に示すようなガ
ウス波形に整形した場合、波形がベースラインに復帰す
るのに波形が立ち上がる時間以上に掛かるので、この様
な方式のＡ−Ｄ変換器を用いても計数率を損なうことが
少なく、この変換に要する時間は大きな障害とは見なさ
れていなかった。

ところで、ゲーテッドインテグレー夕を使用することに
よって波形がベースラインに復帰するまでの時間を短縮
し、それにより計数率を改善しようとする試みがＲａｄ
ｅｋａ氏から提案されている（Ｖ．Ｒａｄｅｋａ．　Ｉ
ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｎ．Ｓ．．　ＮＳ−１５．　Ｎ
ｏ．３　　４５５（１９８８））。この様なゲーテッド
インテグレータを用いると、信号波形は第６図（ｃ）に
示す様なものとなり、波形はゲートによって瞬時にベー
スラインへ戻る。図においてＴ，は測定時間である。

この様な信号波形を用いた場合、計数率はＡ−Ｄ変換時
間によって大きく左右され、変換時間の長い１１１ｋｉ
ｎｓｏｎ型Ａ−Ｄ変換器では計数率の向上は余り望めな
い。

そこで、この変換時間の短い逐次比較型Ａ−Ｄ変換器を
用いることが試みられている。しかしながら、このＡ−
Ｄ変換器は変換時間が２μ秒程度と短いものの、微分非
直線性が最小単位の５０％程度もあり、この面で前述し
た条件が満たされていない。

本発明は上述した諸点に鑑みてなされたものであり、微
分非直線性が良好でしかも計数率を飛躍的に向上させる
ことができる放射線検出器用波高検出回路を提供するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明の放射線検出器用波高
検出回路は、放射線検出器の出力信号を人力信号として
予め定められたクロック周期でＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変
換器と、該Ａ−Ｄ変換器の出力信号を順次積算する積算
回路と、該積算回路の出力信号を保持するレジスタと、
前記放射線検出器の出力信号に基づき前記積算回路の動
作開始と動作終了を指令するタイミング信号を作成する
タイミング回路とから構成されることを特徴としている
。

［作用］ 一峻に、パルス波高はパルス信号の面積に比例する。本
発明は、その点に着目し、従来のように厳密にパルス信
号の波高を検出するのではなく、パルス信号を積分し、
面積を求めることで波高を検出するようにしている。即
ち、波形整形回路を介して供給される放射線検出器の出
力信号は、高速Ａ−Ｄ変換器により所定のクロック周期
でサンプリング及びＡ−Ｄ変換される。順次得られるＡ
−Ｄ変換値は積算器へ送られて積算される。所定数のＡ
−Ｄ変換値を積算した時点で積算が停止され、その時点
での積算値が波高値としてレジスタから読み出される。

以下、図面を用いて本発明の一実施例を詳説する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例の構成を示す図である。第１
図において放射線検出器１から得られた検出信号は、例
えば近似矩形波に整形する波形整形回路２を介して、並
列型Ａ−Ｄ変換器３へ送られる。このＡ−Ｄ変換器３は
、クロック発振器４から供給されるクロック信号に基づ
いて入力信号をＡ−Ｄ変換し、得られたデジタル信号は
、アキュムレー夕５及びアキュムレータ５のオーバーフ
ロー信号を計数するカウンタ６より成る積算回路７へ送
られて積算される。８は積算回路の出力値を保持し外部
へ送るためのレジスタである。９はタイミング制御回路
で、弁別器１０、フリップフロップ１１、ゲート１２、
分周器１３から構成される。

上記構成において、並列型Ａ−Ｄ変換器３としては例え
ば８ビットビデオＡＤＣが、アキュムレー夕５及びカウ
ンタ６としては例えば８ビットのものが、レジスタ８と
しては例えば１６ビットのものが夫々使用される。

上述の様な構成を有する装置の動作を第２図を用いて説
明する。波形整形回路２から第２図（ａ）において実線
で示すように４０μ秒の幅を持つ近似矩形波形を持つパ
ルス信号が出力され、クロツク発振器４は周波数３．２
ＭＨｚ　　（周期０．３１２５μ秒）のクロック信号を
発生し、分周器１３の分周比は１／１２８に設定されて
いるものとする。Ａ−Ｄ変換器３は、クロック信号に基
づいて上記パルス信号を０．３１２５μ秒毎にサンプリ
ング及びＡ−Ｄ変換する。第２図（ｂ）は弁別器１０の
出力信号ｂ１同図（Ｃ）はフリップフロップ１１からゲ
ート１２へ送られる信号ｃ１同図（ｄ）はゲート１２の
出力として得られる積算タイミング信号ｄ１同図（ｅ）
は分周器１３の出力信号ｅを夫々示す。図から分かるよ
うに、パルス信号が発生している４０μ秒の間に１２８
個の積算タイミング信号ｄが発生し、積算回路７はこの
信号ｄに基づいてＡ−Ｄ変換器３から送られて来る１２
８個のデジタル信号を順次積算する。

積算終了後の積算回路７の中の２進情報は、第２図（ａ
）において破線で示すように、人力信号の積分値となる
。

この場合、フルスケール８ビットのデータを１２８回（
２７回）加算するので、第２図（ａ）のような波形では
１４ビットの情報が得られる。もし必要な情報が１０ビ
ットであれば、１４ビットの積算結果の内上位１０ビッ
トをレジスタ８から読出して用いれば良い。こうすれば
、微分非直線性誤差δは下位４ビットを捨てたことによ
り］／２４に減少する。

現在、ビデオＡＤＣとしては１０ビットあるいは１２ビ
ットのものが市販されている。もし、１２ビットのビデ
オＡＤＣをＡ−Ｄ変換器３として用いれば、１２８個の
データの積算により、第２図（ａ）のような波形では１
８ビットの積算結果が得られ、この内の上位１０ビット
を使用すれば、微分非直線性誤差は１／２８に減少する
。Ａ−Ｄ変換器３の微分非直線性誤差δが士（１／２）
ＬＳＢ即ち５０％であったとしても、その１／２８即ち
約０．２％程度に低減され、前述した微分非直線性誤差
に関する条件は満足される。

また、変換時間については、最終のサンプリングデータ
の加算が終了した時点でＡ−Ｄ変換が完了していること
になり、この最終データの加算に要する時間即ち数１０
ナノ秒乃至１００ナノ秒が従来法における変換時間に相
当するが、これはパルス信号の幅４０μ秒に対して実質
的に無視できる数字である。従って、本発明の波高検出
回路によれば、波高検出後直ちに次のパルス信号の検出
に対処できることになり、計数率を大幅に向上させるこ
とが可能となる。

更に、本発明では、積算を行なっているため、第２図（
ｆ）に示すようにパルス信号に雑音が重畳しているよう
な場合でも、積算による平均化効果により、破線で示す
真の波形の積分に近い積算結果を得ることができる。従
って、信号対雑音比（ＳＮ比）の向上が期待できる。

第３図は本発明の他の実施例の構成を示し、第１図の実
施例と同一の構成要素には同一番号が付されている。本
実施例では、Ａ−Ｄ変換器３と積算回路７との間に乗算
器１４が挿入されると共に、積算タイミング信号ｄによ
って予め定められたデジタル時間関数信号ｇ　（ｔ）を
発生する関数発生器１５を設け、Ａ−Ｄ変換器３から出
力されるデジタル信号にこのデジタル関数信号ｇ　（ｔ
）を掛けて積算回路７へ送るようにした点である。尚、
関数発生器１５としては、例えば、読出し専用メモリ（
ＲＯＭ）に格納された時間関数データを積算タイミング
信号ｄに基づいて順次読出すようにした構成が用いられ
る。

今、Ａ−Ｄ変換器３への入力信号Ｅが第４図（ａ）に示
す様に幅Ｔ，の理想的な矩形波であるとする。ｇ　（ｔ
）が、第４図（ｂ）に示すようにｇ（ｔ）＝１’の場合
、即ち乗算器１４が無いのと等価の場合、Ａ−Ｄ変換及
び精算後の積算回路７の出力信号ｆ　（ｔ’）は、第４
図（ｃ）に示すように ｆ　　（ｔ）−　　（ｔ／ＴＭ） となる。

ところで、放射線検出回路の特性を評価する指標として
、ステップノイズインデックス（ｓｔｅｐｎｏｉｓｅ　
ｉｎｄｅｘ　）　Ｎｓ２、デルタノイズインデックス（
ｄｃｌｌｔａ　ｎｏｉｓｅ　ｉｎｄｅｘ　）　Ｎｄ２及
びフリツカーノイズインデックスＮｆ”がある。Ｇｏｕ
ｌｄｌｎｇ氏は、検出回路の評価の際、スルーブットの
観点からＮｄ２　・Ｔｄ値を判断の基準とすることを提
案している（Ｐ．Ｓ．　Ｇｏｕｌｄｉｎｇ．　ＪＥＥＲ
　Ｔｒａｎｓ．　Ｎ．Ｓ．．　ＮＳ−２９，　Ｎｏ．１
４１２（１９８２）　）　．このＴｄは不感時間（ｄｅ
ａｄ　ｔｉｍｅ　）であり、Ｎｄ２　・Ｔｄ値は小さい
程良い。上記ｇ　（ｔ）−１の場合についてＮｄ２−Ｔ
ｄ値を試算すると、理想的な値４となる。

ここで、第４図（ｄ）に示す様に、ｇ　（ｔ）をｇ　（
ｔ）＝　（ｔ／Ｔｍ　）’・５に設定すると、Ａ−Ｄ変
換，乗算及び積算後の積算回路７の出力信号ｆ　（ｔ）
は、ｇ　（ｔ）が掛っているので、第４図（ｅ）に示す
様に ｆ　（ｔ）　＝　（ｔ／Ｔ＋ａ　）　”・５となる。こ
の場合のＮｄ２　・Ｔｄ値は４．５となり、理想的な値
４より若干悪くなるが、フリッカノイズ指数Ｎｆ２はｇ
　（ｔ）−１の場合よりも改善され、雑音指数が向上す
る。そのため、スルーブットよりも分解能を重視する様
な用途の場合には、こちらの方が有利である。

尚、第４図（ａ）では、検出信号を理想的に矩形波と仮
定したが、実際の信号は第５図（ａ）に示す様に立上が
りの部分で波形がなまる。この立上がり部分を含めて禎
分を行うと、矩形波とのずれの部分（斜線を施した部分
）に相当する誤差が積分値に影響を与え、その結果、所
謂コレクションタイムに起因する信号の揺らぎが現われ
てしまう。そこで、第４図（ｂ），　　（ｄ）に示され
ている時間関数信号を立上がり時間だけ遅らせた第５図
（ｂ），　　（ｄ）に示す様な時間関数信号を用いれば
、検出信号の立上がり過渡期間の間は関数信号が“０＃
となってその期間の積算を停止させることができ、積算
回路７の出力信号ｆ　（ｔ）は第５図（ｃ），　　（ｅ
）のようになる。そのため上述したコレクションタイム
に起因する信号の揺らぎが減少し、ＳＮ比が向上する。

［効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば、放射線検出器の出
力信号を予め定められたクロック周期でＡ−Ｄ変換する
と共に、該Ａ−Ｄ変換器の出力信号を順次積算すること
によりパルス信号の波高を求めるようにしたため、微分
非直線性が良好でしかも計数率を飛躍的に向上させるこ
とができる放射線検出器用波高検出回路が実現される。

更に、本発明では、Ａ−Ｄ変換器と積算回路との間に乗
算器を挿入し、Ａ−Ｄ変換器から出力されるデジタル信
号にこの関数信号を掛けて積算回路へ送るようにしため
、雑音指数の最適化を図った放射線検出器用波高検出回
路が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第３図は夫々本発明の一実施例の構成を示す
図、第２図．第４図及び第５図は各実施例の動作を説明
するための波形図、第６図は従来の問題点を説明するた
めの波形図である。 １：放射線検出器　　　　２：波形整形回路３：並列型
Ａ−Ｄ変換器　４：クロック発振器５：アキュムレータ
　　　６：カウンタ７；積算回路　　　　　　８：レジ
スタ９：タイミング制御回路　１０：弁別器１１：フリ
ップフロップ １２：ゲート １３：分周器 １５：関数発生器 １４：乗算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線検出器の出力信号を入力信号として予め定
   められたクロック周期でＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換器と
   、該Ａ−Ｄ変換器の出力信号を順次積算する積算回路と
   、該積算回路の出力信号を保持するレジスタと、前記放
   射線検出器の出力信号に基づき前記積算回路の動作開始
   と動作終了を指令するタイミング信号を作成するタイミ
   ング回路とから構成されることを特徴とする放射線検出
   器用波高検出回路。
2. （２）前記Ａ−Ｄ変換器と積算回路との間に乗算器を配
   置し、該乗算器を介してＡ−Ｄ変換器の出力信号を積算
   回路へ供給すると共に、該積算回路の動作開始からの時
   間に応じて値が予め定められた時間関数信号を該乗算器
   へ供給して前記Ａ−Ｄ変換器の出力信号に乗算するよう
   に構成したことを特徴とする請求項１記載の放射線検出
   器用波高検出回路。